Prueban los motores de cohete hechos en Argentina con una impresora 3D
La empresa argentina VENG realizó las pruebas de su motor MT-B, hecho íntegramente en el país
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La empresa argentina VENG realizó las pruebas del motor MT-B, un desarrollo que forma parte del programa de acceso al espacio de la CONAE y que es alimentado con queroseno y oxígeno líquido. El motor logró un empuje de 4,1 toneladas en vacío y forma parte de la filosofía new space, en la que los componentes espaciales se deben desarrollar de manera rápida y con un rendimiento suficiente que los haga económicos para poder integrarse en proyectos de empresas privadas.
Este motor sigue las pautas de diseño de los motores más modernos: tiene válvulas electrónicas de accionamiento mecánico, lo que permite mucha precisión para controlar los valores del motor y muchos de sus componentes han sido impresos en 3D, con tecnología aditiva (incluso la turbobomba). VENG tiene la máquina para hacer piezas de tecnología aditiva (3D) más grande del país.
Pablo Reimonte, responsable de Ingeniería de Propulsores de VENG, explicó a TSS: “Nosotros hacemos nuestro motor en todos sus componentes, diseñamos y fabricamos hasta las válvulas, lo podemos patentar y eso es un know how diferencial. Dominamos muchas tecnologías que se llaman críticas, porque son las que destraban el desarrollo del lanzador”.
Tres tecnologías principales para el lanzador
Para hacer el lanzador hay 3 tecnologías principales. El motor, la aviónica y los tanques de combustible. Los ensayos del motor MT-B muestran el avance en el área y, para tanques, en este proyecto se está usando una tecnología de soldadura por fricción que es muy avanzada. La máquina que hace esta soldadura (friction stir welding) en VENG es la única en América Latina, por lo que si alguna empresa o institución de la región necesita hacer una pieza que necesite esta tecnología puede contratar los servicios de VENG. En aviónica se han hecho avances muy importantes.
El motor MT-B funciona con oxígeno líquido y queroseno, un estándar que usan otros como, por ejemplo, el Merlin de los vehículos espaciales Falcon, de SpaceX. Es un motor a ciclo abierto o ciclo con generador de gases, y su turbobomba tiene un diseño muy compacto. Se usan también las aleaciones de los motores más modernos. “Cuando lo terminemos va a ser un orgullo para el país”, exclamó Reimonte.
En el ensayo de la última semana se probó el motor y sus válvulas, pero todavía no la turbobomba. Dividir así los ensayos permite hacerlos más simples y controlables. “En lanzadores chicos, de hasta 500 kilos de carga útil, se pueden usar muchos motores como el MT-B en primera etapa, y después uno más para la segunda etapa. Eso permite economizar mucho en ingeniería y fabricación”, explicó Reimonte. Y agregó: “También tenemos un motor de 30 toneladas de empuje, pero es para primera etapa de lanzadores de más de mil kilos de carga útil. Hoy cambió la filosofía de la cohetería: en el pasado los rusos usaban muchos motores de poca potencia y en Estados Unidos pocos o uno solo muy potentes. Un solo motor simplifica la nave, pero si tiene un problema falla la misión. Hoy el mundo viró a los vehículos multimotor, porque abarata el desarrollo y también consumen menos combustible. El de 30 toneladas de empuje consume 44 kilos de queroseno por segundo y 80 de LOX (el oxígeno líquido). En cambio, el de 4,1 toneladas consume 3,8 kilos de queroseno por segundo y 8 de LOX. Además, es más rápido de fabricar y desarrollar, y se puede hacer una prueba total al final del desarrollo”.
Lo siguiente es hacer la recuperación de la primera etapa del lanzador, como hace SpaceX. Cuando el lanzador está bajando casi vacío, hay que reencender el motor y hacerlo trabajar a un régimen muy bajo y poco eficiente. “Si tenés muchos motores pequeños, podés encender pocos y que trabajen al régimen adecuado”, explicó el ingeniero de esta empresa argentina de servicios y desarrollos tecnológicos de alto valor agregado, con especialidad en la actividad espacial.
A fin de año ya se deberían hacer las pruebas de la turbobomba y luego todo el conjunto del motor para terminar con la calificación. Todos estos pasos aumentan el índice de madurez tecnológica (TRL por sus siglas en inglés) y eso baja la incertidumbre del proyecto. Cuando se llegan a los ensayos de desarrollo se hace un TRL 6, mientras que el máximo es un TRL 9. Con un TRL 6 ya se permite que el desarrollo pueda volar.
El costo es un factor cada vez más importante para la industria satelital. Hoy las empresas privadas ocupan un lugar mayor y el rendimiento comercial de un motor cohete es central. Este motor MT-B se inserta en esa lógica y se está desarrollando para el proyecto de lanzador del programa ISCUL (Inyector Satelital Para Cargas Útiles Livianas), pero también se podrá vender como un componente para empresas que lo necesiten.
Las piezas, cuando salen de la máquina aditiva (3D), no salen totalmente terminadas y hay que hacer un poco de mecanizado, pero se reduce drásticamente el tiempo de trabajo y la cantidad de material usado con este proceso. “Hay ciertas aleaciones de metales del motor que antes de que saliera esta técnica aditiva no te las vendían para que no se pudieran desarrollar cohetes y no tuvieras capacidad de acceso al espacio. Cuando salió la impresora se abrieron al comercio las aleaciones y eso abrió muchas posibilidades. La mejor aleación que se usa para una parte de la cámara de empuje que va refrigerada se llama GR-cop 42 y con la vieja técnica de fabricación forjado no la vendían. La impresora 3D permite llegar a un espectro de aleaciones que antes no teníamos y también acorta mucho los tiempos. Las turbobombas, por ejemplo, primero las hacíamos en fundido, pero la colada llevaba mucho tiempo, y por lo tanto costos, pero además puede que no quede bien de resistencia mecánica, que queden poros, que haya contaminación. Y como la pieza es grande, cuando hacés el colado el material no llega a todos los lugares del molde igual y puede presentar fallas”, explicó Reimonte.
Los motores de cohete siempre son vistos desde la política internacional con recelo por el carácter dual de la tecnología. Los mismos motores que se pueden usar para inyectar un satélite en órbita se pueden usar para un misil. Según Reimonte, “la Argentina no lo hace por un desarrollo militar y ha firmado tratados que lo certifican y hay revisiones, vienen de vez en cuando y se fijan que se esté cumpliendo lo que prometimos. No es exactamente la misma tecnología, pero uno le podría poner una carga militar. Lo que hacemos en VENG y CONAE es tecnología para el acceso al espacio con fines civiles”.
Hay muchos componentes que pueden ser vendidos en forma independiente para proyectos privados o públicos internacionales de acceso al espacio. Dentro de poco tiempo podrán contar con una cartera de productos que incluyan motores, válvulas, turbobombas y demás, dado que diversas empresas ya se han acercado a VENG para pedir cotizaciones.
En el mundo hay una decena de países que tienen lanzadores para acceso al espacio, pero solo la mitad hacen sus propios motores. “Desarrollar un motor como este, con estas técnicas de fabricación, con turbobombas y con su complejidad, demanda una trayectoria de todo el equipo y tiempo para sumar conocimientos, lo cual nos posiciona muy bien al momento de ofrecerlo como producto. Hoy hay start ups con motores chiquitos, de 200 kilos de empuje, pero motores más grandes no se encuentran. La mayoría de los que estamos trabajando en esto tenemos 16 años de experiencia, hicimos muchos motores y se pueden ver”, dijo Reimonte.
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